Номер 240, страница 76 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

240. На рисунке 66 изображены идеальные трансформаторы. Через первичную обмотку каждого трансформатора протекает ток в направлении, указанном стрелкой, сила тока увеличивается. К клеммам 1 и 2 подключили резистор. Укажите номера рисунков, на которых:

а) линии индукции магнитного поля, созданного током в первичной обмотке, внутри этой обмотки направлены вверх;

б) линии индукции магнитного поля, созданного током в первичной обмотке, внутри вторичной обмотки направлены вверх;

в) линии индукции магнитного поля, созданного индукционным током во вторичной обмотке, внутри этой обмотки направлены вверх;

г) во вторичной обмотке индукционный ток протекает от клеммы 1 к клемме 2;

д) потенциал клеммы 1 больше потенциала клеммы 2.

Рис. 66

Решение

Для решения задачи воспользуемся правилом правой руки для определения направления магнитного поля, создаваемого током в катушке, и правилом Ленца для определения направления индукционного тока. По условию, ток $I$ в первичной обмотке увеличивается, следовательно, создаваемый им магнитный поток через вторичную обмотку также увеличивается. Согласно правилу Ленца, индукционный ток во вторичной обмотке создаст магнитное поле, направленное против основного магнитного поля от первичной обмотки, чтобы противодействовать увеличению потока.

а) линии индукции магнитного поля, созданного током в первичной обмотке, внутри этой обмотки направлены вверх;

Применим правило правой руки к первичной обмотке каждого трансформатора, чтобы определить направление вектора магнитной индукции $ \vec{B}_1 $ внутри неё. Направление «вверх» будем считать вдоль вертикальной оси сердечника (для рисунков 3 и 4).На рисунке 1 ток на передней стороне катушки направлен вниз, поэтому по правилу правой руки вектор $ \vec{B}_1 $ направлен влево.На рисунке 2 ток на передней стороне катушки направлен вверх, поэтому вектор $ \vec{B}_1 $ направлен вправо.На рисунке 3 ток на видимой (правой) стороне катушки направлен вниз, поэтому вектор $ \vec{B}_1 $ направлен вниз.На рисунке 4 ток на видимой (правой) стороне катушки направлен вверх, поэтому вектор $ \vec{B}_1 $ направлен вверх.Таким образом, условие выполняется только для рисунка 4.

Ответ: 4.

б) линии индукции магнитного поля, созданного током в первичной обмотке, внутри вторичной обмотки направлены вверх;

Магнитное поле, созданное первичной обмоткой, замыкается по железному сердечнику. Определим направление поля $ \vec{B}_1 $ внутри вторичной обмотки.На рисунке 1 поле $ \vec{B}_1 $ в левой части сердечника направлено влево, значит, в правой части (где вторичная обмотка) оно также направлено влево.На рисунке 2 поле $ \vec{B}_1 $ в левой части направлено вправо, значит, и в правой части оно направлено вправо.На рисунке 3 поле $ \vec{B}_1 $ в левой части сердечника направлено вниз, по сердечнику оно идёт в правую часть и там направлено вверх.На рисунке 4 поле $ \vec{B}_1 $ в левой части направлено вверх, по сердечнику оно идёт в правую часть и там направлено вниз.Таким образом, условие выполняется только для рисунка 3.

Ответ: 3.

в) линии индукции магнитного поля, созданного индукционным током во вторичной обмотке, внутри этой обмотки направлены вверх;

По правилу Ленца, индукционный ток во вторичной обмотке создаст магнитное поле $ \vec{B}_{инд} $, которое будет препятствовать нарастанию магнитного потока от первичной обмотки. Это означает, что вектор $ \vec{B}_{инд} $ будет направлен противоположно вектору $ \vec{B}_1 $ внутри вторичной обмотки. Направления $ \vec{B}_1 $ во вторичной обмотке были найдены в пункте б).На рисунке 1 $ \vec{B}_1 $ направлен влево, значит $ \vec{B}_{инд} $ направлен вправо.На рисунке 2 $ \vec{B}_1 $ направлен вправо, значит $ \vec{B}_{инд} $ направлен влево.На рисунке 3 $ \vec{B}_1 $ направлен вверх, значит $ \vec{B}_{инд} $ направлен вниз.На рисунке 4 $ \vec{B}_1 $ направлен вниз, значит $ \vec{B}_{инд} $ направлен вверх.Таким образом, условие выполняется только для рисунка 4.

Ответ: 4.

г) во вторичной обмотке индукционный ток протекает от клеммы 1 к клемме 2;

Направление индукционного тока $ I_{инд} $ определим по правилу правой руки, зная направление создаваемого им поля $ \vec{B}_{инд} $ (из пункта в).На рисунке 1 поле $ \vec{B}_{инд} $ направлено вправо, для этого ток на передней стороне катушки должен течь вверх, то есть от клеммы 2 к клемме 1.На рисунке 2 поле $ \vec{B}_{инд} $ направлено влево, для этого ток на передней стороне катушки должен течь вниз, то есть от клеммы 1 к клемме 2.На рисунке 3 поле $ \vec{B}_{инд} $ направлено вниз, для этого ток на видимой (правой) стороне катушки должен течь вниз, то есть от клеммы 1 к клемме 2.На рисунке 4 поле $ \vec{B}_{инд} $ направлено вверх, для этого ток на видимой (правой) стороне катушки должен течь вверх, то есть от клеммы 2 к клемме 1.Таким образом, условие выполняется для рисунков 2 и 3.

Ответ: 2, 3.

д) потенциал клеммы 1 больше потенциала клеммы 2.

К клеммам 1 и 2 подключен резистор. Во внешней цепи (в резисторе) ток течёт от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Условие $ \varphi_1 > \varphi_2 $ означает, что во внешней цепи ток течёт от клеммы 1 к клемме 2. Следовательно, внутри источника ЭДС (вторичной обмотки) ток должен течь от клеммы 2 к клемме 1. Из анализа, проведенного в пункте г), мы знаем, что ток течёт от клеммы 2 к клемме 1 в случаях 1 и 4.

Ответ: 1, 4.